Friedman fait ses études supérieures à l'université de Chicago où il obtient son doctorat en 1956. Après avoir mené des travaux postdoctoraux dans cette université et à l'université de Stanford, il entre à la faculté de l'Institut de technologie du Massachusetts (MIT) où se déroule le reste de sa carrière. Dans les années cinquante, l'étude des particules élémentaires avait conduit à l'hypothèse de l'existence des quarks, existence non encore prouvée. À la fin des années soixante, à l'aide d'un nouvel accélérateur de particules du Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), Friedman et ses collègues, Richard Edward Taylor et Henry Way Kendall, étudient les protons en les bombardant avec des électrons. Ils s'attendent à ce que les électrons traversent les protons ou rebondissent sur eux, ce qu'ils constatent bien dans un premier temps. Mais, quand la vitesse des électrons s'approche de celle de la lumière, un phénomène singulier se produit: de nombreux électrons rebondissent selon des angles inattendus. Des particules situées à l'intérieur des protons sont apparemment à l'origine de ce comportement inhabituel. Des expériences supplémentaires confirmeront que ces particules sont bien des quarks. Six types différents de quarks seront découverts par la suite et recevront les noms de up, down, charm (charme), strange (étrangeté), truth (vérité) et beauty (beauté). Friedman et ses collègues, R.E.Taylor et H.W.Kendall, ont reçu le prix Nobel de physique en 1990.

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